U članku je opisan način upravljanja, glavni sastavni dijelovi i tehničke karakteristike robota za zavarivanje. U uvodnom dijelu je kronološki opisan razvoj zavarivanja te su spomenuti osnovni pojmovi koji se koriste u zavarivanju

I. Ciglar

Zlatko Botak

Croatian

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

ISSN 1864-6168           UPRAVLJANJE I PRIMJENA ROBOTA ZA ZAVARIVANJE "REIS  ROBOTICS RV6L" Ciglar I.1, Botak Z.11Veleu ilište u Varaždinu, Varaždin, Hrvatska Sažetak: U lanku je opisan na in upravljanja, glavni sastavni dijelovi i tehni ke karakteristike robota za zavarivanje. U uvodnom dijelu je kronološki opisan razvoj zavarivanja te su spomenuti osnovni pojmovi  koji se koriste u zavarivanju.  Klju ne rije i: zavarivanje, robotsko zavarivanje Abstract:Method of robot control, main components and technical characteristic of robot welding are described in this paper. Chronology of welding development is described and welding terminology  is mentioned in introduction. Key words: welding, robot welding 1. UVOD Roboti su danas sve prisutniji u modernim industrijskim postrojenjima. U razvijenijim zemljama poput Japana i SAD-a industrijski roboti  imaju do 80% udjela u ukupnom vremenu proizvodnje. Razlog tome su pove ani zahtjevi za kvalitetom, kra i rokovi proizvodnje, te prihvatljiva cijena jednostavnijih robota.  Roboti za zavarivanje se zbog svoje preciznosti i produktivnosti tako er sve više koriste u modernoj proizvodnji. Nakon što se putanja robota uspješno isprogramira, on neprekidno izvodi precizne i identi nezavare na dijelovima istih dimenzija i specifikacija. Robot, osim što radi brže od ovjeka, može raditi 24 sata na dan i 365 dana u godini, što je mnogo efikasnije od ru nog zavarivanja  osposobljenog zavariva a.2. POVIJEST ZAVARIVANJA Ve ina postupaka zavarivanja otkrivena je u novom vijeku 1 . Zavarivanje se razvijalo kao sastavni dio vještine kova a, zlatara i ljeva a kod izrade oru a za rad, oružja, posuda, nakita i gra evina (ograde, vrata, mostovi, okovi). Ljeva ko zavarivanje se razvilo usporedno s vještinom lijevanja. Ukrašene tankostijene lijevane vaze iz bronce imaju na sebi i "zavarenih" dijelova. Naknadnim lijevanjem su se na ve  ranije odliveno osnovno tijelo vaze ili nekog drugog predmeta spajali razli iti drža i,oslonci i figure. Lemljenje je spajanje taljenjem legure nižeg tališta od tališta materijala koji se spajaju. Kroz povijest se lemljenje kao tehnika spajanja koristilo kod izrade nakita i figura. Kova ko zavarivanje. Izrada ma eva, vrhova strijela i koplja, bodeža i drugog oružja tehnologijom kova kogzavarivanja bila je poznata u staroj Gr koj, Francuskoj, Kini, Japanu, Indoneziji i Siriji. Kod kova kog zavarivanja se krajevi dva dijela koji se žele zavariti-spojiti zagriju u kova koj vatri do bijelog usijanja i ako je potrebno posipaju se odre enim prahom (pijeskom) za " iš enje". eki anjem spoja istiskuju se s dodirnih površina rastaljeni oksidi ili troska, te dolazi do vrstog zavarenog spoja. Najbolji ma evi iz elika u srednjem vijeku radili su se iz niskouglji nog elika, a na njihove rubove su kova ki zavarivane (udarcima eki a u toplom stanju) oštrice (trake) iz visokouglji nog elika (1-2.1% C), koje su uz odre enu toplinsku obradu davale tvrde, vrste i oštre bridove. U 19. st. dolazi do otkri a postupaka zavarivanja iji principi vrijede i danas, a najve i razvoj procesa zavarivanja dogodio se u 19. i 20. stolje u.. Prije, a naro ito poslije drugog svjetskog rata, po inje razvoj i primjena postupaka zavarivanja u zaštitnim plinovima - TIG zavarivanje. MIG zavarivanje se po inje primjenjivati od 1948.g. kao Sigma postupak (Shielded Intert Gas Metal Arc), a 1953. u bivšem SSSR-u se prvi put primjenjuje MAG postupak s CO2 zaštitnim aktivnim plinom. Hladno zavarivanje pritiskom se koristi od 1948. godine. Nakon 1950. g. razvijaju se mnogi novi postupci kao što su: zavarivanje pod troskom (1951.), trenjem (1956.), snopom elektrona (1957.), ultrazvukom (1960.), laserom (1960.), plazmom u SAD-u (1961.) i drugi.  Prvo zavarivanje i toplinsko rezanje u svemiru izveli su astronauti 16. 10. 1969. u sovjetskom svemirskom brodu "Sojuz 6". 2.1. Definicije i termini u zavarivanju Zavarivanje je spajanje dvaju ili više istorodnih ili raznorodnih materijala taljenjem ili pritiskom, sa ili bez dodavanja materijala tako da se dobije homogeni zavareni spoj 2 .Zavareni spoj (slika 1.) je cjelina ostvarena zavarivanjem  koja obuhva a dodirne dijelove zavarenih komada, a karakterizirana je me usobnim položajem zavarenih dijelova i oblikom njihovih zavarenih krajeva. Zavareni spoj sastoji se od zone taljenja (ZT) i zone utjecaja topline (ZUT). 98ISSN 1864-6168 Osnovni materijal (OM) je materijal koji se zavaruje ili lemi. Dodatni materijal (DM) je materijal koji se dodaje u zoni taljenja kod zavarivanja ili lemljenja. Zona taljenja (ZT) - (zavar, navar, šav) je dio površine popre nog presjeka zavarenog spoja koji je bio rastaljen. Sastoji se naj eš e od mješavine OM i DM, a ponekad samo od DM (lemljenje) ili samo od OM (zavarivanje bez DM). Zona utjecaja topline (ZUT) - (prelazna zona) je onaj dio OM (uz ZT) koji se nije rastalio, ali su mu se mikrostruktura i svojstva izmijenili pod utjecajem topline zavarivanja. Slika 1. Presjek zavarenog spoja Zavarljivost je sposobnost materijala da se pri povoljnim uvjetima zavarivanja ostvari kontinuirani zavareni spoj, koji e svojstvima udovoljiti predvi enim zahtjevima. 2.2. Izvori struje za zavarivanje Izvori struje za zavarivanje su elektri ni ure aji koji na mjestu zavarivanja osiguravaju elektri nu energiju s osobinama pogodnim za zavarivanje. Kada su priklju eni na elektri nu mrežu (trofaznu ili monofaznu), nalaze se u praznom hodu, a to zna i da je ure aj pod naponom i spreman je za rad, ali se još nije uspostavio elektri ni luk. Napon praznog hoda mora biti dovoljno velik da se uspostavi elektri ni luk, ali ne smije biti previsok da ne ugrozi zdravlje zavariva a (strujni udar). Obi no je napon praznog hoda kod ru nih ure aja u podru ju od 40 do 60 (V) volti, a kod automatskih do 110 (V) volti. Kao izvor struje za zavarivanje naj eš e se koristi transformator koji izmjeni nu struju iz elektri ne mreže transformira u izmjeni nu struju pogodnu za zavarivanje. Rad transformatora se zasniva na principu elektromagnetske indukcije. Kada se vodi  (u ovom slu aju sekundar transformatora) na e u promjenjivom magnetskom polju, tada se na njegovima krajevima detektira razlika potencijala, tj. napon.  Ako se koriste kod REL zavarivanja, njihova stati kakarakteristika je strma, a faktor iskoristivosti iznosi =0,95 - 0,99 %. Na ku ištu transformatora za zavarivanje nalazi se oznaka " " (epsilon) izražena u postocima. Ova oznaka prikazuje omjer vremena korisnog rada (zavarivanja) i vremena mirovanja stroja (hla enja) i zove se intermitencija stroja za zavarivanje.  Ako npr. vrijeme ciklusa jednog zavara traje 10 min, a transformator ima intermitenciju    = 30 % kod jakosti struje 200 A, izra un vremena rada i hla enja izvodi se na sljede i na in:  tc = tr + th      (1) gdje su: tc - vrijeme ciklusa, min tr - vrijeme rada, min th - vrijeme hla enja, min Isti transformator može  imati intermitenciju  = 100 % kod jakosti struje 120 A. To zna i da može raditi neprekidno tom jakoš u struje i ne e dolaziti do pregrijavanja tokom rada (ne e se uklju iti sigurnosna sklopka). Kod zavarivanja se esto koristi termin intermitencija pogona za zavarivanje. Izraz se odnosi na udio stvarnog gorenja elektri nog luka tijekom radnog dana. Kod REL zavarivanja se smatra dobrom intermitencijom pogona vrijednost od 30%, dok kod dobro organiziranih pogona može iznositi do 50%. 2.3. Položaji zavarivanja Osnovna podjela položaja zavarivanja (slika 2.):   - položeni, horizontalni ( P, H ) - vertikalni ( V ) - horizontalno-vertikalni, zidni ( HV ) - nadglavni ( NG ) Slika 2. Položaji zavarivanja 3. ROBOTSKO ZAVARIVANJE Prema definiciji, roboti za zavarivanje su automatski strojevi za zavarivanje koji imaju više od tri stupnja slobode gibanja, a upravljaju se ra unalom s mogu noš uprogramiranja i u enja. Na proizvodnim linijama tvornica automobila, transportne radnike i zavariva e sve više zamjenjuju roboti i automati za zavarivanje 3 .99ISSN 1864-6168 Prvi automati za zavarivanje pod praškom tipa Unionmelt koristili su se u SAD-u oko 1930. godine  najviše kod zavarivanja brodova. Ti automati imali su ure aj za automatsko dovo enje elektrodne žice od glave za zavarivanje do mjesta zavarivanja. Glava za zavarivanje bila je montirana na kolica koja su mogla mijenjati brzinu kretanja, odnosno brzinu zavarivanja. Razvoj i automatizacija zavarivanja temelje se na primjeni razli itih senzora i ra unala za pra enje,bilježenje i upravljanje parametrima zavarivanja, uz predvi anje grešaka i istodobno otklanjanje uzroka. U Japanu je 1996.g. postignut stupanj automatizacije od 44% i stupanj robotizacije od 23% u proizvodnji automobila i strojeva.  3.1.  Sistem za zavarivanje “Reis robotics" Naj eš e se pod pojmom robota podrazumijeva "industrijski robot" koji se još naziva i "robotski manipulator" ili "robotska ruka". Glavni sastavni dijelovi sistema za zavarivanje Reis robotics (slika 3.)  su 4 :     1 - ra unalo (Siemens S7 PLC)      2 - izvor energije (TransPuls Synergic 4000)      3 - robot Reis robotics "RV6L"      4 - upravlja ka plo a - kontrolor (ROBOTstarV) Slika 3. Sistem za zavarivanje Reis robotics Sistem upravljanja (ra unalo i upravlja ka plo a)omogu uje upravljanje i nadzor kretanja manipulatora.  Siemens S7 PLC (Programabilni Logi ki Controler - regulator) je industrijsko ra unalo za upravljanje procesima i senzorima, za prikupljanje podataka i vizualno upravljanje. Ima velik broj ulaza i izlaza. Svaki PLC ima središnju procesorsku jedinicu (CPU - Central Processing Unit) za pohranu i prikupljanje na koji se spaja upravlja ka plo a ROBOTStarV. Ulazni dio sastoji se od priklju ne vij ane stezaljke na koju se spajaju signali iz okoline, odnosno prikupljaju se podaci sa senzora smještenih na robotskoj ruci RV6L. Izlazni dio su priklju ne vij ane stezaljke na koje se spajaju izvršni ure aji iz procesa, kojima PLC šalje upravlja ke signale. Manipulator sistema za zavarivanje sastoji se iz niza krutih segmenata povezanih zglobovima. Ponašanje manipulatora odre eno je rukom koja osigurava pokretljivost, zatim ru nim zglobom koji daje okretljivost, te vrhom manipulatora koji zavaruje. Vrh manipulatora se esto naziva i pištolj za zavarivanje. TEHNI KI PODACI: Mrežni napon   3 x 400 V Mrežni napon tolerancija  ± 15%  Mrežna frekvencija   50/60 Hz Mrežni osigura  za zaštitu  35 A Primarna kontinuirana snaga 2,2 kVA Stupanj u inkovitosti  88% Struje zavarivanja:    MIG / MAG  3 – 400 A   TIG   3 – 400 A   REL   10 – 400 A Radni napon:    MIG / MAG  14,2 - 34,0 V   TIG   10,1 - 26,0 V   REL   20,4 - 36,0 V Dimenzije D/Š/V   625/290/475 mm Masa:    35,2 kg 3.2. Robot Reis robotics RV6L Robot za zavarivanje Reis robotics RV6L prikazan je na slici 4. 5 .Slika 4. Robot Reis robotics RV6L Karakteristi ne veli ine bitne za rad robota su: Broj osi - za translacijsko i rotacijsko pomicanje osnovnih segmenata. Gibanje robota odvija se u trodimenzionalnom prostoru, pa se prve tri osi naj eš ekoriste za odre ivanje pozicije ru nog zgloba, dok preostale osi odre uju orijentaciju vrha manipulatora. Robot RV6L ima 6 osi te može dovesti vrh manipulatora u bilo koji položaj unutar radnog prostora. Brzina gibanja - najviše ovisi o tipu robota i njegovoj namjeni.  Roboti pokretani hidrauli kim motorima znatno su brži od ostalih. RV6L koristi elektri ni motor, koji postiže dovoljno velike radne brzine za zavarivanje. U proizvodnji je poželjno skratiti vrijeme izvršenja pomo nih operacija, a odre ivanje najoptimalnije brzine s namjerom da se smanji ukupno vrijeme proizvodnje ovisi o:      - to nosti pozicioniranja vrha manipulatora      - materijalu koji se vari       - dužini varenja 100ISSN 1864-6168 Maksimalno optere enje robota - najve a masa tereta koju robot može prenijeti, a ovisi o veli ini, konfiguraciji i konstrukciji robota te o pogonskom sistemu zglobova robota. Masa tereta se kre e u rasponu od nekoliko kilograma do nekoliko tona. Robot RV6L može se opteretiti maksimalnom masom od 6 kg, što zna i da masa tereta (u ovom slu aju masa pištolja za zavarivanje) ne smije prelaziti zadanu težinu u trenutku kad je robotska ruka u krajnje ispruženom položaju. To nost - sposobnost robota da dovede vrh manipulatora (pištolj za zavarivanje) u proizvoljan položaj u radnom prostoru. Ponovljivost - sposobnost robota da vrh manipulatora dovede ponovno u istu poziciju. Pogreška koja može nastati pri povratku u isti položaj naj eš e je manja od 1 mm, a javlja se zbog zazora zup anika i elasti nosti segmenata. Maksimalan doseg - maksimalna udaljenost izme uru nog zgloba robota i baze robota koju ru ni zglob može dosegnuti. RV6L je rotacijski robot (sve osi imaju rotacijske zglobove), pa mu se dijelovi mogu pomicati po cjelokupnom radnom prostoru (360°). Važno je tako errobot zaštititi od samoranjavanja. Može se dogoditi da zbog pogrešno programirane putanje robot udari sam sebe ili se sudari s predmetima u svojoj radnoj okolini.  Tehni ke karakterisitke ROBOTA RV6L 4 : Tip:    RV6L  Serijski broj:   15444882  God. proizvodnje:  1994  Max. optere enje robota:  6 kg  Max. doseg:   1635 mm  Ponovljivost:   ±0.05 mm  To nost:  ±0.5 mm  Broj osi:  6  Brzina,  o/s :     Os 1 : 140   Os 2 : 140   Os 3 : 140   Os 4 : 270   Os 5 : 300   Os 6 : 500  Snaga :    3,3 kVA 3.3. Upravljanje robotom RV6L Na osnovu programirane putanje manipulatora, upravlja ki dio prora unava i raspore uje pomake na zglobove i vrh manipulatora. Ako odre eni zadatak zahtijeva me udjelovanje vrha manipulatora i okoline, problem upravljanja postaje složeniji. U tom slu aju se moraju uzeti u obzir i sile na mjestu dodira, a ti podaci se dobiju pomo u senzora. Blok shema upravljanja industrijskog robota prikazana je na slici 5. Slika 5. Blok shema upravljanja robota Siemens S7 PLC (upravlja ki ure aj – ra unalo) djeluje na pogonski dio (elektri ne motore) koji pokre emehanizam robota, tako da vrh manipulatora (pištolj za zavarivanje) do e u zadani položaj u odnosu na objekt zavarivanja ili okolinu. Mjerenjem položaja i brzine vrha manipulatora (sistem za mjerenje položaja) dobije se preko unutarnje povratne veze informacija kojom se može korigirati kretanje. Crtkanom crtom prikazan je na in dobivanja informacija iz okoline (senzori) pomo uvanjske povratne veze.  Pomo u upravlja ke plo e (slika 6.) u itava se DNC program, što zna i da se slijedno izvršava niz naredbi, aktiviraju se odgovaraju e funkcije stroja te se pokre ugibanja pojedinih osi. Slika 6. Upravlja ka plo a RobotSTAR V Tipkovnicom upravlja ke plo e mogu e je upravljati svim funkcijama stroja. Upravlja ka plo a nema svoju memoriju nego podatke pohranjuje i u itava sa središnje procesorske jedinice PLC-a. Pritiskom na tipku 3 pogon uklju en  robot se uklju uje, a isklju uje se pritiskom na tipku 2 pogon isklju en.Pritiskom na tipku 1 sigurnosna sklopka robot se može tako er isklju iti. Ova tipka se koristi za bezuvjetno zaustavljanje gibanja robota u slu aju da je pogrešno isprogramirano njegovo kretanje, pa bi moglo do i do ošte enja robota ili predmeta u njegovoj okolini. 101ISSN 1864-6168 Pomo u poz. 4 klju  upravljanja izabere se na inprogramiranja zavarivanja, na in izvo enja zavarivanja i na in kretanja robotskog manipulatora. Mogu a su 3 položaja klju a:     Automatski položaj – ovaj položaj klju a upravljanja omogu uje da stroj za zavarivanje samostalno izvršava upisane naredbe.       Postavljanje ( SETTING ) – preko tipkovnice direktno se upisuju pomaci robota. Upisuje se po etnipoložaj iz kojeg kre e manipulator i krajnji položaj u koji se želi dovesti manipulator.      Automatski test – ova opcija daje mogu nost za pregled i provjeru isprogramiranih položaja robotske ruke. Kod testiranja zavarivanja ta mogu nost  nije uklju ena, pa se robotska ruka može zaustaviti u svakom položaju. Nakon provjere ispravnosti položaja mogu se prema  potrebi promijeniti vrijednosti koordinata. Ovo ujedno služi kao kontrola ispravnosti procesa zavarivanja prije po etka zavarivanja. Potenciometar (poz. 5) brzina omogu uje uskla ivanje brzine kretanja robotske ruke ili pojedinih segmenata robotske ruke. Brzina se odre uje u postocima i to na na in da 0% zna i da se robot ne kre e (stanje mirovanja), a 100% da koristi maksimalnu brzinu odre enu programom. Maksimalna brzina odre uje se prema funkciji koju robot obavlja. Kod kretanja u programirani položaj (pozicioniranje) koriste se ve ebrzine, a kod samog zavarivanja relativno male brzine. Posebna tipka (poz. 11) otvaranje makronaredbe nudi nekoliko posebnih programa (makronaredbe) koji su spremljeni u PLC-u. Naj eš e su to potprogrami za pozicioniranje robotskog manipulatora u po etni ili transportni položaj i najviše korištena makronaredba, za automatsko iš enje pištolja za zavarivanje. Pomo uposebnih tipki 6.a. «I» i 6.b. «O» omogu uje se uklju ivanje, odnosno isklju ivanje makronaredbe. Funkcijske tipke (poz. 9) omogu uju razli ite izmjene programa naredbi i ostalih funkcija samog robota. To su tipke od F1 do F6, a njihove mogu nosti pokazane su napoz. 8 izbornik za funkcijske tipke.4. ZAKLJU AKRu no elektrolu no (REL) zavarivanje još uvijek se najviše koristi u Hrvatskoj zavariva koj industriji, dok se najmanje koriste automatski strojevi za zavarivanje. Razlog tome je prije svega visoka cijena ure aja i njegovo skupo održavanje. Kada se usporede svi troškovi zavarivanja, po evši od samog stroja, dodatne opreme i obuke zavariva a, dolazi se do zaklju ka da je  isplatljivije koristiti automatski na in zavarivanja. Dobar primjer  za tu tvrdnju je tvrtka Marti iz Preloga  koja je upotrebom robota za zavarivanje poboljšala vrsno u svojih proizvoda,  smanjila je troškove rada (mala pripremna i završna vremena) i greške  na proizvodima, a istodobno je pove ala produktivnost. Uz primjenu robota za zavarivanje znatno su smanjene  pogreške u proizvodnji zbog ljudskog faktora. Obuka zavariva a traje kra e vrijeme, a  potreban je i manji broj zavariva a kod proizvodnje ve ih serija zavarenih spojeva.  Ovo su samo neke od prednosti upotrebe novih tehnologija zavarivanja, kojima se kvaliteta i produktivnost mogu  podi i na višu razinu. U Hrvatskoj su danas još uvijek rijetki automatizirani strojevi za zavarivanje, a koriste ih samo uspješna poduze a s  dobro razra enom vizijom budu nosti. 5. LITERATURA 1  Anzulovi , B. Zavarivanje i srodni postupci :         skripta.  Split : FESB, 1990.  2  Kralj, S; Andri , Š. Osnove zavariva kih i        srodnih postupaka.  Zagreb : FSB, 1992. 3  Šurina, T.; Crnekovi , M.: Industrijski      roboti. Zagreb : Školska knjiga, 1990. 4  REIS ROBOTICS : Operation manual. Version: RSV        V7.x  http://www.reisrobotics.de, sije anj 2011. 102

Upravljanje i primjena robota za zavarivanje "REIS ROBOTICS RV6L"

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia